梨树与炭疽病菌互作中效应蛋白CfXyn11A的胞外识别机制及其抑制因子PbXIP1的发现

本研究针对半活体营养型真菌Colletotrichum fructicola侵染梨树过程中胞外效应蛋白的识别逃逸机制这一关键科学问题，通过胞外蛋白质组学结合RNA-seq技术，鉴定出病原菌分泌的木聚糖酶效应蛋白CfXyn11A。研究发现该蛋白在非寄主烟草中通过BAK1/SOBIR1受体激酶触发免疫反应，而在寄主梨中通过结合梨分泌的天冬氨酸蛋白酶类似物PbXIP1抑制其酶活，揭示了植物-病原体在胞外空间"军备竞赛"的新机制。该成果为果树抗病育种提供了新靶点，发表于《Molecular Horticulture》。

　　

在植物与病原微生物的长期博弈中，胞外空间（apoplast）作为双方交锋的第一战场，蕴藏着无数精妙的攻防策略。半活体营养型真菌Colletotrichum fructicola是梨树炭疽病的主要致病菌，其独特的侵染方式——先在活细胞中建立生物营养关系，再转为死体营养阶段——使其成为研究植物免疫与病原毒力的理想模型。然而，这种真菌如何在寄主体内逃避免疫监视，同时获取营养支持其侵染，始终是科学家们亟待破解的谜题。

南京农业大学的研究团队在《Molecular Horticulture》发表的研究，通过创新性地提取炭疽菌侵染梨树叶片12小时后的胞外液，结合LC-MS/MS和RNA-seq技术，绘制了病原菌-寄主互作过程中的胞外蛋白质组图谱。研究鉴定出288个真菌分泌蛋白和236个植物分泌蛋白，其中糖苷水解酶占比最高，揭示了胞外空间作为水解酶主战场的本质特征。

关键技术方法包括：真空渗透法提取梨叶胞外液、LC-MS/MS蛋白质鉴定、酵母信号肽功能验证、基因敲除与回补、免疫共沉淀(Co-IP)与GST pull-down蛋白互作验证、病毒诱导基因沉默(VIGS)技术等。实验材料采用'翠冠'梨(Pyrus bretschneideri)叶片和C. fructicola野生型NC40菌株。

Apoplastic proteomics characterized the apoplastic proteins and their expression levels in the C. fructicola-pear interaction
通过比较接种12小时后的胞外蛋白质组，发现病原菌分泌的糖苷水解酶占其胞外蛋白的64.24%，显著高于基因组平均水平。转录组分析显示227个病原菌胞外蛋白编码基因在侵染后上调表达，其中包含多种细胞壁降解酶(CWDEs)。

CfXyn11A was recognized by tobacco but evaded recognition by pear
研究发现GH11家族木聚糖酶CfXyn11A是唯一在侵染阶段高表达的GH11成员。该蛋白在非寄主烟草中通过BAK1/SOBIR1依赖的途径触发活性氧(ROS)爆发和程序性细胞死亡(PCD)，但在寄主梨中不引起免疫反应。结构域分析表明其诱导免疫的功能依赖胞外定位，与酶活性无关。

CfXyn11A is induced by plant xylan and participates in plant cell wall hydrolysis
基因敲除实验证实ΔCfXyn11A突变体在梨叶片和愈伤组织上的致病力显著降低。碳源利用实验显示该蛋白特异性响应木聚糖诱导，能将木聚糖降解为可吸收的单糖，其最适酶活条件为pH4.0-6.0、40-50°C，与植物体内环境相符。

Pear secretes PbXIP1 to inhibit CfXyn11A activity extracellularly and enhance disease resistance
通过IP-MS技术从梨胞外液中鉴定出与小麦木聚糖酶抑制剂(TAXI)同源的天冬氨酸蛋白酶类似物PbXIP1。该蛋白缺乏催化活性位点，但能特异性结合CfXyn11A并抑制其酶活。转基因过表达PbXIP1的梨愈伤组织对炭疽菌抗性增强，而VIGS沉默PbXIP1则导致感病性增加。

这项研究首次揭示了梨树炭疽病菌通过木聚糖酶效应蛋白CfXyn11A的双重功能策略：在非寄主中作为病原相关分子模式(PAMP)被识别，而在寄主中通过结合抑制蛋白PbXIP1实现免疫逃逸。发现梨树通过分泌特异性抑制剂对抗病原菌胞外水解酶的创新防御机制，为理解植物-病原体共进化提供了新视角。研究建立的胞外蛋白质组分析方法为其他非模式植物的免疫研究提供了技术范式，鉴定出的PbXIP1基因可作为果树抗病育种的候选靶标。这些发现不仅丰富了植物免疫理论体系，也为开发新型农业抗病策略奠定了分子基础。